人與機器實驗室
i-go
行動輔助機器人 全國第一
文：李 華 圖：李慧臻2010
年交通大學電控所楊谷洋教授， 和義守大學電機系柯春旭教授， 共同指導交大電控所游勝雄等十三名學生， 以首創的握力感測手把，研發「被動式」行 動輔助機器 人「i-go」，協助長者 或行動不 便 者 的行進，並獲經濟部工業局全國機器人競賽 夢想實現組首獎。 交大友聲編輯部特別拜訪研發機器人二 十多年的楊谷洋教授，請他 談 談 ， 經 濟 部 工業局舉辦機器人 競 賽 的 背 後，是否 代 表 圖說：交通大學「人與機器實驗室」團隊獲經濟部工業局全國機器人競賽夢想實現組首獎。獲獎團隊左起： 饒方翔、黃一哲、吳嘉文、吳權哲、義守大學電機系柯春旭教授、交大電機系楊谷洋教授，以及郭育傑。圖說：交大電機系教授楊谷洋教授侃侃而談機器人的定義及 台灣發展機器人的可能性。 圖說：交大電機系教授楊谷洋教授侃侃而談機器人的定義及 台灣發展機器人的可能性。 台灣產業的發展方向？或者台灣環境已成 熟，足以推廣機器人應用？
什麼是「機器人」？
楊谷洋教授教授說，機器人基本上具備 「可移動性」及「自主性」。 自主性，指的是面對環境的變化，具有 合理因應的能力。換言之，機器人需要具備 一定的智慧。該智慧意指能因應環境的變 化，舉例而言，機器人應用在家庭，家中環 境各自不同且常有變化，機器人要能夠自 如在家中移動。雖然還不至於要求機器 人做數學題目，但是家用機器人至少要 具備因應家中環境變化的自主性。而工 業用的機器手臂，在家打掃的吸塵器機 器人，日本樂齡女性寵愛的機器狗、機 器貓，還有花博導覽用的導覽機器人， 醫生使用的醫療機器人，及日本東北大 學Kosuge教授研發的跳舞機器人等，均 具有一定的可移動性及自主性，可稱為 機器人。 機器人目前多運用於工業界，運用於其 他領域的仍不多，主要面臨兩個挑戰：環境 的變化性及力感的靈敏度。家中的環境很不 確定，有的甚至很零亂，然而工廠中的機器 人，應用在有秩序的環境或流程中，執行固 定的動作，這跟要求機器人在家中拿起玻璃 杯等靈巧動作的手感大不相同。 從市場上機器人的運用，可以看到一些 台灣發展機器人的可能性。 有廠商在家電產品加上智慧，如台中精 密機械中心製作一個會播放MP3的機器人， M P 3 機器人同時也 會隨之起舞，或在 電視加些智慧功能 與 些 許 移 動 性 等 ， 這 些 都 是 台 灣廠商的創意， 大家都在期 待機器人的Killer Applications，這也是台灣機 器人產業的機會。具有高實用價值的機器人
楊谷洋教授教授於1990年到交大任教， 由於當時缺乏經費進行機器人的實作，所以 先從理論探討著手。而交大電控所的機器人 團隊鑑於機器人實際應用的重要性，一直希 望研發兼具理論及高實用性的機器人，在宋 開泰所長的帶領下，近十年來持續朝家用與 醫療機器人方向努力。 全球先進國家多面臨人口老化問題，著 重醫療發展，台灣也著眼於此，於是近幾年醫療機器人計劃浮現，讓宋開泰所長所帶領 的團隊有了經費來源。在製造高實用性機器 人的想法及經費配合，義守大學電機系柯春 旭教授的機構設計與機電整合專業，以及來 自國際學界研發成果的啟發，從三年前，我 們著手聚焦研發 i-go 行動輔助機器人。 i-go 的研發從日本東北大學 Kosuge 教授 的研究中獲益良多， K o s u g e 教授現擔任 IEEE機器人與自動化國際學會會長，他早期 研發出跳舞機器人，廣受注目，甚或在國際 重要場合中，當舞者與機器人翩翩起舞時， 總讓人驚歎不已。前些年，Kosuge教授來台 演講談到，在日本時曾經有人問到，您發展 出這麼令人讚嘆的跳舞機器人，那它的實用 價值為何呢？因此他開始省思跳舞機器人的 應用，進而發展了行動輔助機器人，這兩個 看似截然不同的產品，其實都是用來配合人 類以完成某種目的，就是這麼一個轉念，實 用性就產生了。 楊谷洋教授教授表示，團隊認同此構 想，除了實現Kosuge教授所發展的行動輔助 機器人已有的功能外，並期許能有所超越， 因此有了 i-go 的誕生。 i-go 具有三個特點： 一、 被動式：現有的行動輔助機器人多為馬 達控制的主動式機器人，在安全性上會 有所顧慮。研發「被動式」機器人，以 煞車器控制機器人行動，使用者需使力 推動機器人，才會前進。將控制權交到 使用者手上，提高行動輔助機器人的安 全性；另一方面，可以讓使用者運動， 讓銀髮族、不良於行的人在安全下儘量 圖說：身著美麗造型的 i - g o ，感謝工研院在設計上的協助。
行動，增強肌力，延緩退化。 二、 具備重力補償、避障、被動導引及使用 者意圖辨識等功能：重力補償讓機器人 在上下坡路段不會滑動，避障功能則利 用雷射感應周遭環境以閃避障礙物，被 動導引可以引導使用者依預先規畫的路 徑抵達目標，使用者意圖辨識則利用握 力感測手把判斷使用者意圖，給予適當 的煞車力矩，讓使用者在推動輔助器 時，能達到省力的效果。 三、 低價位：握力感測手把由電控所碩士生 楊翔斌與同學自行研製，以兩萬多元完 成，卻可擁有接近要價約4、50萬元商 用產品的功能。此手把規劃有手掌、手 指的握力區，內含感應器貼片，利用量 測到的力資訊來推測使用者的意圖。左 右手手把各有 13 個條狀力感應器，每 條約一千多元，除了輔助器 本身外，仍需要讓 i-go 具有 讓使用者可親近的外觀，整 體外型設計借重工研院專家 的協助，造價約十萬元，整 個 i-go 造價約要 20 萬元。楊 谷洋教授表示，希望實地進 行試用，進一步掌握系統功 能與使用者需求後，會加以 調整，並降低成本。 楊谷洋教授教授表示， 目前已與交大林進燈教務長 所帶領的健康樂活城( E c o -city)團隊合作， 2011 年農曆 新年假期過後，會將 i-go 實 地交由銀髮族使用，這也是團隊所期待的--- 發展對社會有用的機器人，當然也是新的 挑戰。
比賽，對學生是很好的訓練
「比賽是成果的展示，展示對學生的作品 是很好的檢驗」，楊谷洋教授強調。 他說，比賽是在相對上較為真實的環境 下完成動作。實驗室中的環境是可被控制 的，比賽的環境雖可控制，但眾目睽睽，要 能即時反應，並完成動作。他再度強調，比 賽，對學生是很好的訓練！ 楊谷洋教授表示，參與比賽，學生需要 完成經得起考驗的成品，不但可以充分發揮 團隊精神，而且有助於讓學生了解作品要做 到什麼程度才夠資格參加比賽。看到比賽過 程中學生的表現，他深受感動，尤其當天在 圖說：握力感測手把，以 2 萬多元自行開發完成，此項創新技術已申請 專利。比賽的現場看見，學生根據分派 工作，互相支援，充滿士氣。為 了比賽，同學還自拍短片，短片 中描述一位男同學如何利用酷炫 的行動輔助機器人約到女朋友， 充分表現出學生特有的風趣及心 中的渴望。 楊谷洋教授說，如果沒有得 獎，對學生也是一種學習，學生 如果在比賽時，發生凸槌情況，可以讓學生 更明白仍有地方做得不夠完善；但另一方 面，他還是很擔心學生會因為沒有得獎而難 過。「因為凸槌，讓我有機會跟同學進一步 探討未盡理想的地方，而能使作品更臻理 想」，楊谷洋教授說。 比賽時，學生為了展示 i-go 的導引功 能，矇上眼睛讓 i-go 帶領走到定點，在一旁 觀看學生的楊谷洋教授說，連他也不禁捏了 把冷汗。電控所碩士生陳禹均表示，既然敢 強調 i-go 具有自主、導引、及避障能力，所 以就矇眼接受挑戰了。投身機器人研究已二 十多年的楊谷洋教授，習於在競賽場中扮演 評審，這次帶領學生參賽，個人也有所收 獲。他說，自己已經許久沒有因為看比賽而 緊張，這次參賽的新感受，對自己是一種提 醒與刺激。 順著參賽的話題，楊谷洋教授也談到， 他非常肯定及滿意交大學生，他表示，交大 學生本質學能很紮實，教授教書認真，學生 苦幹實幹，交大學生出去，絕對品質保證， 聘請交大學生，絕對不會錯。
保持低姿態，看到生活的可能性
談到對自我的期許，楊谷洋教授希望自 己能夠一直保持好奇心，隨時打開眼界，保 持低姿態，看到更多的可能性！楊教授說從 小到大，書念得很好，生活單純，卻自視很 高，看到的人生其實是很侷限的。出國是個 機會讓自己寬廣了起來，能夠接納更多的事 物，而一路走來，從挫折中，反而看到不一 樣的世界。 他記得，小學四年級學校課外活動分 組，因興趣選擇歌唱組，當時進行篩選時， 只有 2 、 3 個人落選，他就是其中之一。分 組分到最後，還被分到閱讀組，每次課外活 動看人家進行那麼專業的項目，自己卻在看 書，就很挫折。那時就知道自己沒有其他才 能，縱使嚮往唱歌、運動，卻都不行。 國小六年級開始考試考得很好，這讓他 覺得非常開心，自此以考試為樂，小學他以 全校第六名畢業。上國中後，大小考試都是 第一，畢業時，東峰國中校長還期望他能考 中區榜首，不經意考壞一科，成為榜眼。台 中一中畢業時，他的成績名列全校前十名。 對於考試帶來的好成績，他可說是相當陶 圖說：交大「人與機器實驗室」，實現夢想的地方。醉，但由於不懂得與人應對，所以人緣很 差。 由於自己數理不錯，又極度怕血，所以 最後選擇甲組，也很幸運考進了台大電機 系。進入大學的他，如同初獲自由的籠中 鳥，也不再追求成績。楊谷洋教授形容自己 大學成績爛得很恐怖，本科成績雖然不好， 但是他並沒有浪費時間，而是到各學院旁 聽，參加社團活動，日子過得美好而充實。 他翹課去聽夏鑄九老師談西洋建築、中國建 築，還暢談台中柳川違建的美學，讓家住台 中的他十分驚訝違建也有美學，也很喜歡傅 佩榮老師哲學家式的豪情批判，十分回味當 年台大多元的校風。
